В технике сверхвысоких частот (для работы в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн) применяются особые германиевые и кремневые сверхвысокочастотные диоды (СВЧ диоды). По своему назначению СВЧ диоды делятся на видео детекторные, предназна-чены для детектирования СВЧ колебаний, переключательные, пред-назначенные для применения в устройствах управления уровнем СВЧ мощности, параметрические, предназначенные для примене-ния в параметрических усилителях СВЧ колебаний, и преобразова-тельные. В свою очередь, преобразовательные диоды, в которых ис-пользуется нелинейность вольтамперной характеристики перехода, делят на смесительные, используемые для преобразования СВЧ сигнала и сигнала гетеродина в сигнал промежуточной частоты, ум-ножительные, используемые для умножения частоты СВЧ сигнала, и модуляторные, используемые для модулирования амплитуды СВЧ сигнала.
В СВЧ диодах обычно используется точечный контакт. Переход в таких диодах не формуется. Выпрямляющий контакт осуществля-ется простым прижимом к полированной поверхности полупровод-ника острия металлического контактной пружины. Эти диоды изго-товляются из очень низкоомного материала (время жизни носителей заряда мало) и имеют весьма малый радиус точечного контакта (2-3 мкм), что обеспечивает хорошие высокочастотные свойства. Однако напряжение пробоя СВЧ диодов очень низкое (всего 3-5 В), а пря-мое напряжение относительно высокое. Обратный ток у них хотя и мал, но начинает возрастать практически с нуля за счет туннельного эффекта носителей через переход (рис.1).
Конструкция СВЧ диодов обычно приспособлена к сочленению с элементами коаксиального или волноводного тракта, с измерительными головками и другими деталями системы СВЧ. В длинноволновом участке СВЧ диапазона (3-10 см) основными типами корпуса являются металлокерамический или металлостеклянный патронного типа. В диапазоне волн 1-3 см габариты и емкость этих корпусов становятся недопустимо большими, и поэтому выпрямляющий контакт монтируется в корпу-се коаксиального типа. В диапазоне миллиметровых волн использу-ются волноводную конструкцию.
Помимо длинны волны, на которой СВЧ диоды имеют парамет-ры, гарантированные нормами технического задания и максимально допустимых данных, СВЧ диоды также характеризуются электриче-скими параметрами, отражающими основное значение. Так, смеси-тельные СВЧ диоды характеризуют потерями преобразования (от-ношение мощности СВЧ на входе к мощности промежуточной час-тоты на выходе диода), шумовым отношением (отношение мощно-сти шумов на выходе диода в рабочем режиме к мощности тепловых шумов активного сопротивлению диода), нормированным коэффи-циентом шума, характеризующим обобщенную чувствительность приемного устройства, и дифференциальным выходным сопротив-лением. В ряде случаев электрический параметр определяет не толь-ко свойства самого СВЧ диода, но и свойства конкретного СВЧ уст-ройства, в котором установлен данный диод.
Следует иметь в виду, что мощность, при которой происходит "выгорание" диода, сопровождающееся необратимыми ухудшения-ми вольтамперной характеристики или пробоем, весьма мала. По-этому необходимо исключить всякие непредусмотренные воздейст-вия и принять нужные меры защиты как при работе, так и при хра-нении СВЧ диода (например, недопустим разряд через диод стати-ческого электричества, накопленного на теле оператора; хранение диода в металлическом патроне и др.).
В устройствах миллиметрового диапазона волн (особенно инте-гральных) для построения мощных СВЧ усилителей широко приме-няют лавинно-пролетные диоды, а для построения СВЧ генераторов диоды Ганна. В этих диодах используется явление ограничения подвижности электронов в электрических полях с напряженностью выше критической, и в их вольтамперных характеристиках имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Ла-винно-пролетные диоды работают в режиме лавинного размножения носителей заряда при обратном смещении электрического перехода. В диодах Ганна (в структуре этих приборов нет выпрямляющего пе-рехода) используется эффект возникновения электрических колеба-ний в пластине из арсенида галлия при приложении к ней постоян-ного напряжения, создающего электрическое поле с напряженно-стью более 105 В/м.
Выпускаемые промышленностью лавинно-пролетные диоды и генераторы Ганна рассчитаны на выходную СВЧ мощность в непре-рывном режиме в несколько десятков милливатт. В импульсном ре-жиме эта мощность может быть повышена на несколько порядков. Для увеличения выходной мощности нужны лавинно-пролетные диоды и генераторы Ганна с большей площадью электронно-дырочного перехода и большей площадью тонкой пленки полупро-водника. При этом они должны быть однородны не только по тол-щине, но и по площади.
Рабочие частоты современных кремниевых СВЧ диодов при-ближаются уже к теоретическому пределу. Поэтому, чтобы еще улучшить частотные свойства, нужно использовать другой матери-ал, а также разрабатывать полупроводниковые приборы с другим принципом действия.
Список литературы
1. Ю. В. Виноградов, "Электронные приборы".
2. Справочник по электротехническим материалам том 3.
3. Справочник "Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы" 2-е изд., стереотипное: под ред. А. В. Голомедова. - М.: КубК-а, 1997. - 592 с.
Другие работы по теме:
Современное состояние и перспектива развития полупроводниковых приборов для электрооборудования
8. промышленности. Полупроводниковые приборы силовой электроники – важнейшая элементная база энергосберегающего преобразовательного оборудования. Они выполняют функции мощных электронных управляемых ключей для коммутации тока в схемах преобразования электрической энергии (выпрямление, инвертирование, регулирование переменного и постоянного токов, стабилизация питающих сетей, защита от перенапряжений и т.п.).
Линейные электрические цепи
Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Череповецкий Государственный Университет
Диоды Шотки
Диод Шотки как полупроводниковый диод, выпрямительные свойства которого основаны на использовании выпрямляющего электрического перехода между металлом и полупроводником. Структура данного устройства, сферы и особенности его практического применения.
Линейные электрические цепи
Решение задач: линейные электрические цепи постоянного и синусоидального тока и трехфазные электрические цепи синусоидального тока. Метод контурных токов и узловых потенциалов. Условия задач, схемы электрических цепей, поэтапное решение и проверка.
Полупроводниковые диоды
На основе использования свойств р-n-перехода в настоящее время создано множество различных типов полупроводниковых диодов. Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
Диоды
Полупроводники стали настоящей золотой жилой техники, когда из них научились делать структуры, похожие на слоистый пирог. Выращивая слой n-полупроводника на пластинке p-полупроводника, мы получим двухслойный полупроводник. Переходный слой между ними называется
Выпрямители
ИжГТУ Кафедра Электротехники Курсовая работа Тема: «Выпрямители» Выполнил: студент группы №372 Солодянкин А. Н. Принял: Ситников Б. А. Ижевск 2000 Содержание
Измерительные генераторы студент группы ивт-260
Измерительные генераторы применяются при проверке и настройке различных приборов, определении частотных характеристик схем, например усилителей, и т д. Измерительные генераторы бывают разных типов и, как правило, каждый из них выполняет несколько функций
Ю. П. Райзер Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592
Приобретение учащимися базовых знаний в области физики газового разряда и практических навыков работы с системами диагностики параметров плазмы, в проведении физического эксперимента в наиболее динамично развивающихся направлениях прикладной физики
Содержание
Целью курса является ознакомление с основами робототехники и создание простого робота (кибернетического устройства), решающего задачу движения по полосе
Зарядное устройство
Особенность схемы является гальваническая связь с электрической сетью 220 В , что требует соблюдения мер электробезопасности. В качестве диодов D1 - D7 используются диоды КД 105 или им подобные.
Расчёт полупроводникового выпрямителя
Однополупериодный выпрямитель. За счет односторонней проводимости диодов ток протекает только в положительные полупериоды напряжения U и следовательно имеет импульсную форму.
Применение pin диодов
PIN-диод - разновидность диода, в котором между областями электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится собственный (нелегированный, англ. intrinsic) полупроводник (i-область).
Типы интегральных схем
Text Graphics Типы интегральных схем Graphics Корпуса микросхем Graphics Вид обрабатываемого сигнала Graphics
Выпрямители
ИжГТУ Кафедра Электротехники Курсовая работа Тема: «Выпрямители» Выполнил: студент группы №372 Солодянкин А. Н. Принял: Ситников Б. А. Ижевск 2000 Содержание
Интегральная и микропроцессорная схемотехника
Рабочая программа курса «Интегральная и микропроцессорная схемотехника» Введение . Роль интегральной электроники в развитии современной науки и техники. Этапы перехода от дискретных элементов к интегральным микросхемам. Успехи, достигнутые в области разработки полупроводниковых приборов и микросхемотехники.
Светодиодные вывески
Вывески на светодиодах становятся популярнее с каждым днем. Светодиодные вывески ярче, значительно экономичнее, экологичнее и безопаснее чем вывески с неоновым освещением и, тем более, чем световые короба на люминесцентных лампах. Светодиодные вывески потребляют в 10-100 раз меньше электроэнергии, чем неон, работая под напряжением 12 Вольт, что гораздо безопаснее 10000 Вольт на неоне.
Расчёт двухполупериодного источника питания.
Вариант N 8. Домашнее контрольное задание N 3. Расчёт двухполупериудного выпрямителя. Цель расчета выпрямителей: определить токи и напряжения обмоток трансформатора, его мощность выбрать диоды и найти емкость конденсаторов фильтра. Надо отметить, что в большинстве случаев применяют простейшие фильтры в виде конденсатора большой емкости.
Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод
Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов. Назначение, область применения и общий принцип их действия. Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов. Диод Есаки (туннельный диод) и его модификации.
Полупроводниковые нелинейные элементы: полупроводниковые диоды
Полупроводниковые приборы. Выпрямительные свойства диодов. Динамический режим работы диодов. Принцип действия диода. Шотки, стабилитроны, стабисторы, варикапы. Туннельные диоды. Обращённый диод. Статическая характеристика и применение обращённого диода.
Полупроводниковые диоды
Электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами. Выпрямительные диоды. Полупроводниковый стабилитрон. Туннельные и обращенные диоды. Варикапы. Расчет электрических цепей с полупроводниковыми диодами.
Выпрямительные устройства и их характеристики
Структурная схема и параметры выпрямителей, вентильная группа, сглаживающие фильтры и стабилизатор напряжения. Схемы, принцип действия, параметры и характеристики однофазных выпрямителей, сравнение двухполупериодных выпрямителей с однополупериодными.
Разработка устройства "Светодиодный пробник p-n переходов"
Описание принципа работы светодиодного пробника p-n переходов. Создание интегрированной библиотеки компонентов. Разработка принципиальной электрической схемы в системе P-CAD Schematic и ее установка на печатную плату. Трассировка и верификация платы.
Диоды Ганна
Диоды Ганна – это функциональные приборы, которые реализуют определённую функцию. В частности диод Ганна реализует функцию генератора СВЧ – колебаний.